Абсолютний показник заломлення таблиці. Особливості явища заломлення світла з погляду фізики

Звернемося до докладнішому розгляду показника заломлення, введеного нами в §81 під час формулювання закону заломлення.

Показник заломлення залежить від оптичних властивостей і того середовища, з якого промінь падає, і того середовища, в яке він проникає. Показник заломлення, отриманий у тому випадку, коли світло з вакууму падає на якесь середовище, називається абсолютним показником заломлення даного середовища.

Мал. 184. Відносний показник заломлення двох середовищ:

Нехай абсолютний показникзаломлення першого середовища є а друге середовище - . Розглядаючи заломлення на межі першої та другої середовищ, переконаємося, що показник заломлення при переході з першого середовища в друге, так званий відносний показник заломлення, дорівнює відношенню абсолютних показників заломлення другої та першої середовищ:

(Рис. 184). Навпаки, при переході з другого середовища до першого маємо відносний показник заломлення

Встановлений зв'язок між відносним показником заломлення двох середовищ та їх абсолютними показниками заломлення міг би бути виведений і теоретичним шляхом, без нових дослідів, подібно до того, як це можна зробити для закону оборотності (§82),

Середовище, що має великий показник заломлення, називається оптично більш щільним. Зазвичай вимірюється показник заломлення різних середовищ щодо повітря. Абсолютний показник заломлення повітря дорівнює. Таким чином, абсолютний показник заломлення будь-якого середовища пов'язаний з її показником заломлення щодо повітря формулою

Таблиця 6. Показник заломлення різних речовинщодо повітря

Показник заломлення залежить від довжини хвилі світла, тобто його кольору. Різним кольорамвідповідають різні показникизаломлення. Це явище, зване дисперсією, грає важливу рольв оптиці. Ми неодноразово матимемо справу з цим явищем у наступних розділах. Дані, наведені у табл. 6, відносяться до жовтого світла.

Цікаво відзначити, що закон відображення може бути формально записаний у тому вигляді, як і закон заломлення. Згадаймо, що ми домовилися завжди вимірювати кути від перпендикуляра до відповідного променя. Отже, слід вважати кут падіння і кут відображення мають протилежні знаки, тобто. закон відображення можна записати у вигляді

Порівнюючи (83.4) із законом заломлення, бачимо, закон відображення можна як окремий випадокзакону заломлення при . Ця формальна подібність законів відображення та заломлення приносить велику користь при вирішенні практичних завдань.

У попередньому викладі показник заломлення мав сенс константи середовища, що не залежить від інтенсивності світла, що проходить через неї. Таке тлумачення показника заломлення цілком природно, проте у разі більших інтенсивностей випромінювання, досяжних під час використання сучасних лазерів, воно виправдовується. Властивості середовища, через яке проходить сильне світлове випромінювання, у разі залежить від його інтенсивності. Як кажуть, середовище стає нелінійним. Нелінійність середовища проявляється, зокрема, у цьому, що світлова хвиля великий інтенсивності змінює показник заломлення. Залежність показника заломлення від інтенсивності випромінювання має вигляд

Тут – звичайний показник заломлення, а – нелінійний показник заломлення, – множник пропорційності. Додатковий член у цій формулі може бути як позитивним, і негативним.

Відносні зміни показника заломлення порівняно невеликі. При нелінійний показник заломлення. Однак навіть такі невеликі зміни показника заломлення відчутні: вони проявляються у своєрідному явище самофокусування світла.

Розглянемо середовище із позитивним нелінійним показником заломлення. У цьому випадку області підвищеної інтенсивності світла є одночасною областями збільшеного показника заломлення. Зазвичай у реальному лазерному випромінюванні розподіл інтенсивності перерізу пучка променів неоднорідно: інтенсивність максимальна по осі і плавно спадає до країв пучка, як це показано на рис. 185 суцільними кривими. Подібний розподіл описує також зміну показника заломлення перерізу кювети з нелінійним середовищем, вздовж осі якої поширюється лазерний промінь. Показник заломлення, найбільший по осі кювети, плавно спадає до стінок (штрихові криві на рис. 185).

Пучок променів, що виходить з лазера паралельно осі, потрапляючи в середу зі змінним показником заломлення, відхиляється в той бік, де більше. Тому підвищена інтенсивність поблизу осп кювети призводить до концентрації світлових променів у цій галузі, показаної схематично в перерізах та на рис. 185, а це призводить до подальшого зростання. Зрештою ефективний переріз світлового пучка, що проходить через нелінійне середовище, суттєво зменшується. Світло проходить ніби по вузькому каналу з підвищеним показникомзаломлення. Таким чином, лазерний пучок променів звужується, нелінійне середовище під дією інтенсивного випромінювання діє як лінза, що збирає. Це явище називається самофокусування. Його можна спостерігати, наприклад, у рідкому нітробензолі.

Мал. 185. Розподіл інтенсивності випромінювання та показника заломлення по перерізу лазерного пучка променів на вході в кювету (а), поблизу вхідного торця (), у середині (), поблизу вихідного торця кювети ()

Визначення показника заломлення прозорих твердих тіл

І рідин

Прилади та приладдя: мікроскоп зі світлофільтром, плоскопаралельна пластинка з міткою АВ у вигляді хреста; рефрактометр марки "РЛ"; набір рідин.

Мета роботи:визначити показники заломлення скла та рідин.

Визначення показника заломлення скла за допомогою мікроскопа

Для визначення показника заломлення прозорого твердого тілазастосовується плоскопаралельна пластинка, виготовлена ​​з цього матеріалу, з міткою.

Мітка є двома взаємно перпендикулярними подряпинами, одна з яких (А) нанесена на нижню, а друга (В) — на верхню поверхню пластинки. Платівка висвітлюється монохроматичним світлом і у мікроскоп. на
Мал. 4.7 представлено переріз досліджуваної платівки вертикальною площиною.

Промені АТ та АЕ після заломлення на кордоні скло – повітря йдуть у напрямках ДД1 та ЕЕ1 та потрапляють в об'єктив мікроскопа.

Спостерігач, який дивиться на пластину зверху, бачить точку на перетині продовження променів ДД1 і ЕЕ1, тобто. у точці С.

Таким чином, точка А здається спостерігачеві розташованої в точці С. Знайдемо зв'язок між показником заломлення n матеріалу пластинки, товщиною d і товщиною d1 пластинки, що здається.

4.7 видно, що ВД = ВСtgi, BD = АВtgr, звідки

tgi/tgr = AB/BC,

де AB = d - Товщина пластинки; ВС = d1 товщина пластинки, що здається.

Якщо кути i та r малі, то

Sini / Sinr = tgi / tgr, (4.5)

тобто. Sini/Sinr = d/d1.

Враховуючи закон заломлення світла, отримаємо

Вимірювання d/d1 здійснюється за допомогою мікроскопа.

Оптична схема мікроскопа складається з двох систем: спостережної, в яку входять об'єктив і окуляр, вмонтовані в тубус, і освітлювальної, що складається з дзеркала та світлофільтра, що знімається. Фокусування зображення проводиться обертанням рукояток, розташованих по обидві сторони від тубуса.

На осі правої рукоятки укріплено диск зі шкалою лімб.

Відлік b по лімбу щодо нерухомого покажчика визначає відстань h від об'єктива до предметного столика мікроскопа:

Коефіцієнт k вказує, яку висоту зміщується тубус мікроскопа при повороті рукоятки на 1°.

Діаметр об'єктива в даній установці малий у порівнянні з відстанню h, тому крайній промінь, який потрапляє в об'єктив, утворює малий кут з оптичною віссю мікроскопа.

Кут заломлення r світла в платівці менше, ніж кут i, тобто. теж малий, що відповідає умові (4.5).

Порядок виконання роботи

1. Покласти пластинку на предметний столик мікроскопа так, щоб точка перетину штрихів А та В (див. рис.

Показник заломлення

4.7) перебувала у полі зору.

2. Обертаючи рукоятку підйомного механізму, підняти тубус у верхнє положення.

3. Дивлячись в окуляр, обертанням рукоятки опускати тубус мікроскопа плавно до тих пір, поки поле зору не вийде чітке зображення подряпини, нанесеної на верхню поверхню пластинки. Записати показання b1 лімба, яке пропорційне відстані h1 від об'єктиву мікроскопа до верхньої грані платівки: h1 = kb1 (рис.

4. Продовжити опускання тубуса плавно доти, доки не вийде чітке зображення подряпини А, яка здається спостерігачеві, розташованій у точці С. Записати нове показання b2 лімба. Відстань h1 від об'єктива до верхньої поверхніплатівки пропорційно b2:
h2 = kb2 (рис. 4.8 б).

Відстань від точок В і З до об'єктиву рівні, оскільки спостерігач бачить їх однаково чітко.

Зміщення тубуса h1-h2 одно здається товщині пластинки (рис.

d1 = h1-h2 = (b1-b2) k. (4.8)

5. Виміряти товщину пластинки d у місці перетину штрихів. Для цього під досліджувану пластинку 1 (рис. 4.9) помістити допоміжну скляну пластинку 2 і опускати тубус мікроскопа до тих пір, поки об'єктив не торкнеться (злегка) пластинки, що досліджується. Помітити показання лімбу a1. Зняти досліджувану пластинку і опускати тубус мікроскопа до тих пір, поки об'єктив не торкнеться пластинки 2.

Помітити показ a2.

Об'єктив мікроскопа опуститься у своїй на висоту, рівну товщині досліджуваної платівки, тобто.

d = (a1-a2) k. (4.9)

6. Обчислити показник заломлення матеріалу платівки за формулою

n = d/d1 = (a1-a2)/(b1-b2). (4.10)

7. Повторити всі вказані вище вимірювання 3 - 5 разів, обчислити середнє значення n, абсолютну і відносну похибки rn та rn/n.

Визначення показника заломлення рідин за допомогою рефрактометра

Прилади, які служать визначення показників заломлення, називаються рефрактометрами.

Загальний вигляд та оптична схема рефрактометра РЛ показані на рис. 4.10 та 4.11.

Вимірювання показника заломлення рідин за допомогою рефрактометра РЛ засноване на явищі заломлення світла, що пройшов через межу поділу двох середовищ різними показникамизаломлення.

Світловий пучок (мал.

4.11) від джерела 1 (лампа розжарювання або денне розсіяне світло) за допомогою дзеркала 2 направляється через віконце в корпусі приладу на подвійну призму, що складається з призм 3 і 4, які виготовлені зі скла з показником заломлення 1,540.

Поверхня АА верхньої освітлювальної призми 3 (рис.

4.12 а) матова і служить для освітлення розсіяним світлом рідини, нанесеним тонким шаромв зазорі між призмами 3 і 4. Світло, розсіяне матовою поверхнею 3, проходить плоскопаралельний шар досліджуваної рідини і падає на діагональну грань ВР нижньої призми 4 під різними
кутами i не більше від нуля до 90°.

Щоб уникнути явища повного внутрішнього відображеннясвітла лежить на поверхні ВР, показник заломлення досліджуваної рідини може бути менше, ніж показник заломлення скла призми 4, тобто.

менше ніж 1,540.

Промінь світла, кут падіння якого дорівнює 90 °, називається ковзним.

Ковзаючий промінь, заломлюючись на межі рідина – скло, піде в призмі 4 під граничним кутом заломлення rпр< 90о.

Заломлення ковзного променя в точці Д (див. рис 4.12 а) підпорядковується закону

nст/nж = siniпр/sinrпр (4.11)

або nж = nстsinrпр, (4.12)

тому що siniпр = 1.

На поверхні ВС призми 4 відбувається повторне заломлення світлових променів і тоді

Sini¢пр/sinr¢пр = 1/ nст, (4.13)

r¢пр+i¢пр = i¢пр =a , (4.14)

де a-заломлюючий промінь призми 4.

Вирішуючи спільно систему рівнянь (4.12), (4.13), (4.14), можна отримати формулу, яка пов'язує показник заломлення nж досліджуваної рідини з граничним кутом заломлення r'пр променя, що вийшов із призми 4:

Якщо на шляху променів, що вийшли із призми 4, поставити зорову трубу, то Нижня частинаїї поля зору буде освітлено, а верхня — темна. Кордон розділу світлого та темного полів утворено променями з граничним кутом заломлення r¢пр. Променів з кутом заломлення меншим, ніж r¢пр, у цій системі немає (рис.

Величина r¢пр, отже, і положення кордону світлотіні залежать тільки від показника заломлення nж досліджуваної рідини, так як nст і величини в даному приладіпостійні.

Знаючи nст, a та r¢пр, можна за формулою (4.15) розрахувати nж. Насправді формула (4.15) використовується для градуювання шкали рефрактометра.

На шкалу 9 (див.

Мал. 4.11) зліва нанесено значення показника заломлення для lд = 5893 Å. Перед окуляром 10 - 11 є платівка 8 з міткою (--).

Переміщуючи окуляр разом з пластинкою 8 вздовж шкали, можна домогтися поєднання мітки з межею темного розділу і світлого полів зору.

Поділ проградуйованої шкали 9 збігається з міткою, дає значення показника заломлення nж досліджуваної рідини. Об'єктив 6 і окуляр 10 - 11 утворюють зорову трубу.

Поворотна призма 7 змінює хід променя, спрямовуючи його в окуляр.

Внаслідок дисперсії скла та досліджуваної рідини замість чіткої межі розділу темного та світлого полів при спостереженні у білому світлі виходить райдужна смужка. Для усунення цього ефекту служить компенсатор 5 дисперсії, встановлений перед об'єктивом зорової труби. Основна деталь компенсатора – призма, яка склеєна із трьох призм і може обертатися щодо осі зорової труби.

Заломлюючі кути призми та їх матеріал підібрані так, що жовте світло з довжиною хвилі lд =5893 проходить через них без заломлення. Якщо на шляху кольорових променів встановити компенсаторну призму так, щоб її дисперсія дорівнювала за величиною, але протилежна за знаком дисперсії вимірювальної призми і рідини, то сумарна дисперсія дорівнюватиме нулю. При цьому пучок світлових променів збереться у білий промінь, напрямок якого збігається з напрямком граничного жовтого променя.

Таким чином, при обертанні компенсаторної призми кольорове забарвлення квітотені усувається. Разом із призмою 5 обертається дисперсійний лімб 12 щодо нерухомого покажчика (див. рис. 4.10). Кут повороту Z лімба дозволяє судити про величину середньої дисперсії рідини, що досліджується.

Шкала лімба має бути проградуйована. Графік додається до встановлення.

Порядок виконання роботи

1. Підняти призму 3, на поверхню призми 4 помістити 2-3 краплі рідини, що досліджується, і опустити призму 3 (див. рис. 4.10).

3. Окулярним наведенням домогтися різкого зображення шкали та межі розділу полів зору.

4. Обертаючи рукоятку 12 компенсатора 5, знищити кольорове забарвленнямежі поділу полів зору.

Переміщуючи окуляр вздовж шкали, поєднати мітку(--) з межею темного та світлого полів та записати значення показника рідини.

6. Дослідити запропонований набір рідин та оцінити похибку вимірювань.

7. Після кожного вимірювання протирати поверхню призм фільтрувальним папером, змоченим у дистильованій воді.

Контрольні питання

Варіант 1

Дайте визначення абсолютного та відносного показників заломлення середовища.

2. Намалюйте хід променів через межу поділу двох середовищ (n2> n1 і n2< n1).

3. Отримайте співвідношення, яке пов'язує показник заломлення n з товщиною d і товщини d¢ пластинки, що здається.

4. Завдання.Граничний кут повного внутрішнього відображення деякої речовини дорівнює 30°.

Знайти показник заломлення цієї речовини.

Відповідь: n =2.

Варіант 2

1. У чому явище повного внутрішнього відбиття?

2. Опишіть конструкцію та принцип дії рефрактометра РЛ-2.

3. Поясніть роль компенсатора у рефрактометрі.

4. Завдання. З центру круглого плоту на глибину 10 м опущено лампочку. Знайти мінімальний радіус плоту, при цьому жоден промінь від лампочки не повинен вийти на поверхню.

Відповідь: R = 11,3 м.

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ, або КОЕФІЦІЄНТ ПЕРЕЛОМЛЕННЯ, - Абстрактне число, що характеризує заломлюючу силу прозорого середовища. Показник заломлення позначається латинською літерою і визначається як відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення променя, що входить з порожнечі в дане прозоре середовище:

n = sin α/sin β = const або як відношення швидкості світла в порожнечі до швидкості світла в даному прозорому середовищі: n = c/νλ з порожнечі в дане прозоре середовище.

Показник заломлення вважається мірою оптичної густини середовища

Визначений таким чином показник заломлення називається абсолютним показником заломлення, на відміну відносного т.

е. показує, у скільки разів сповільнюється швидкість розповсюдження світла при переході його показника заломлення, який визначається ставленням синуса кута падіння до синуса кута заломлення при переході променя із середовища однієї густини в середовище іншої густини. Відносний показник заломлення дорівнює відношенню абсолютних показників заломлення: n = n2/n1, де n1 і n2 - абсолютні показники заломлення першого та другого середовища.

Абсолютний показник заломлення всіх тіл - твердих, рідких і газоподібних - більше одиниці і коливається від 1 до 2, перевищуючи значення 2 тільки в окремих випадках.

Показник заломлення залежить як від властивостей середовища, так і від довжини хвилі світла та збільшується із зменшенням довжини хвилі.

Тому до літери п приписують індекс, що вказує, якої довжини хвилі відноситься показник.

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ

Наприклад, для стеклаТФ-1 показник заломлення в червоній частині спектру становить nC=1,64210, а фіолетової nG' =1,67298.

Показники заломлення деяких прозорих тіл

Повітря - 1,000292

Вода - 1,334

Ефір - 1,358

Спирт етиловий - 1,363

Гліцерин - 1, 473

Органічне скло (плексиглас) - 1, 49

Бензол - 1,503

(Скло крон - 1,5163

Ялицевий (канадський), бальзам 1,54

Скло важкий крон - 1 , 61 26

Скло флінт - 1,6164

Сірковуглець - 1,629

Скло важкий флінт - 1 , 64 75

Монобромнафталін - 1,66

Скло найважчий флінт - 1,92

Алмаз - 2,42

Неоднаковість показника заломлення для різних ділянок спектра є причиною хроматизму, тобто.

розкладання білого світла, під час проходження його через заломлюючі деталі - лінзи, призми і т.д.

Лабораторна робота №41

Визначення показника заломлення рідин за допомогою рефрактометра

Мета роботи: визначення показника заломлення рідин методом повного внутрішнього відбиття за допомогою рефрактометра ІРФ-454Б; дослідження залежності показника заломлення розчину з його концентрації.

Опис установки

При заломленні немонохроматичного світла відбувається його розкладання на складові кольори спектр.

Це зумовлено залежністю показника заломлення речовини від частоти (довжини хвилі) світла і називається дисперсією світла.

Прийнято характеризувати заломлюючу здатність середовища показником заломлення на довжині хвилі λ = 589,3 нм (середнє значення довжин хвиль двох близьких жовтих ліній у діапазоні парів натрію).

60. Які методи визначення концентрації речовин у розчині використовують в атомно-абсорбційному аналізі?

Цей показник заломлення позначається nD.

Мірою дисперсії служить середня дисперсія, яка визначається як різниця ( nF-nC), де nFпоказник заломлення речовини на довжині хвилі λ = 486,1 нм (блакитна лінія у спектрі водню), nC- Показник заломлення речовини на λ - 656,3 нм (червона лінія у спектрі водню).

Заломлення речовини характеризують величиною відносної дисперсії:
У довідниках зазвичай наводиться величина, обернена щодо дисперсії, т.е.

е.
де - Коефіцієнт дисперсії, або число Аббе.

Установка визначення показника заломлення рідин складається з рефрактометра ІРФ-454Бз межами виміру показника; заломлення nDу діапазоні від 1,2 до 1,7; досліджуваної рідини, серветки для протирання поверхонь призм.

Рефрактометр ІРФ-454Бє контрольно-вимірювальним приладом, призначеним для безпосереднього вимірювання показника заломлення рідин, а також визначення середньої дисперсії рідин в лабораторних умовах.

Принцип дії приладу ІРФ-454Бзаснований на явищі повного внутрішнього відбиття світла.

Принципова схема пристрою показана на рис. 1.

Досліджувана рідина міститься між двома гранями призми 1 і 2. Призма 2 з добре відполірованою гранню АВє вимірювальною, а призма 1 з матовою гранню А1 У1 - Освітлювальної. Промені від джерела світла падають на межу А1 З1 , заломлюються, падають на матову поверхню А1 У1 і розсіюються цією поверхнею.

Потім вони проходять шар досліджуваної рідини та потрапляють на поверхню АВпризми 2.

За законом заломлення
, де
і - Кути заломлення променів у рідині та призмі відповідно.

При збільшенні кута падіння
кут заломлення також збільшується та досягає максимального значення
, коли
, Т.

е. коли промінь у рідині ковзає по поверхні АВ. Отже,
. Таким чином, 2 промені, що виходять з призми, обмежені певним кутом
.

Промені, що йдуть з рідини в призму 2 під великими кутами зазнають повного внутрішнього відображення на межі розділу АВі не проходять через призму.

На аналізованому приладі досліджуються рідини, показник заломлення. яких менше показника заломлення призми 2, отже, промені всіх напрямів, що переломилися на межі рідини та скла, увійдуть до призму.

Очевидно, частина призми, яка відповідає променям, що не пройшли, буде затемненою. У зорову трубу 4, розташовану на шляху променів, що виходять з призми, можна спостерігати поділ поля зору на світлу і темну частини.

Повертаючи систему призм 1-2, поєднують межу розділу світлого та темного поля з хрестом ниток окуляра зорової труби. Система призм 1-2 пов'язана із шкалою, яка відградуйована у значеннях показника заломлення.

Шкала розташована в нижній частині поля зору труби і при поєднанні розділу поля зору з хрестом ниток дає відповідне значення показника заломлення рідини .

Через дисперсію межа розділу поля зору білому світлі буде пофарбована. Для усунення забарвленості, і навіть визначення середньої дисперсії досліджуваного речовини служить компенсатор 3, що з двох систем склеєних призм прямого зору (призм Амічі).

Призми можна обертати одночасно в різні боки за допомогою точного поворотного механічного пристрою, Змінюючи тим самим власну дисперсію компенсатора і усуваючи забарвлення межі поля зору, що спостерігається через оптичну систему 4. З компенсатором пов'язаний барабан зі шкалою, за якою визначають параметр дисперсії, що дозволяє розрахувати середню дисперсіюречовини.

Порядок виконання роботи

Здійснити налаштування приладу так, щоб світло від джерела (лампи розжарювання) надходило в освітлювальну призму і висвітлювало рівномірно поле зору.

2. Відкрити вимірювальну призму.

Скляною паличкою нанести на її поверхню кілька крапель води та обережно закрити призму. Зазор між призмами має бути рівномірно заповнений тонким шаром води (звернути на це особливу увагу).

Користуючись гвинтом приладу зі шкалою, усунути забарвлення поля зору та отримати різку межу світла та тіні. Поєднати її, за допомогою іншого гвинта, з відліковим хрестом окуляра приладу. Визначити показник заломлення води за шкалою окуляра з точністю до тисячних часток.

Порівняти отримані результати із довідковими даними для води. Якщо відмінність виміряного від табличного показника заломлення вбирається у ± 0,001, то вимір виконано правильно.

Завдання 1

1. Приготувати розчин кухонної солі (NaCl) з концентрацією, близькою до межі розчинності (наприклад, С = 200 г/літр).

Виміряти показник заломлення одержаного розчину.

3. Розбавляючи розчин у ціле число разів отримати залежність показника; заломлення від концентрації розчину та заповнити табл. 1.

Таблиця 1

Вправа.Як отримати тільки розведення концентрацію розчину, рівну 3/4 максимальної (початкової)?

Побудувати графік залежності n=n(C). Подальшу обробку експериментальних даних провести за вказівкою викладача.

Обробка експериментальних даних

а) Графічний метод

З графіка визначити кутовий коефіцієнт У, який за умов експерименту характеризуватиме розчинену речовину та розчинник.

2. Визначити за допомогою графіка концентрацію розчину NaCl, даного лаборантом.

б) Аналітичний метод

Методом найменших квадратівобчислити А, Уі SB.

За знайденими значеннями Аі Увизначити середнє значення
концентрації розчину NaCl, даного лаборантом

Контрольні питання

Дисперсія світла. Чим відрізняється нормальна дисперсіявід аномальної?

2. Що таке явище повного внутрішнього відбиття?

3. Чому на даній установці не можна виміряти показник заломлення рідини більший за показник заломлення призми?

4. Навіщо грань призми А1 У1 роблять матовою?

Деградації, Індекс

Психологічна енциклопедія

Спосіб оцінки ступеня деградації психічних! функцій, що вимірюються тестом Векслера-Белвью. Індекс ґрунтується на спостереженні того, що рівень розвитку деяких здібностей, що вимірюються тестом, з віком знижується, а інших – ні.

Індекс

Психологічна енциклопедія

- Покажчик, реєстр імен, назв та ін. У психології - цифровий показник для кількісної оцінки, характеризації явищ.

Від чого залежить показник заломлення речовини?

Індекс

Психологічна енциклопедія

1. Найбільш загальне значення: будь-що, що використовується для того, щоб позначити, ідентифікувати або направити; індикації, написи, знаки або символи. 2. Формула або номер, які часто виражаються як коефіцієнт, що показує деяке відношення між значеннями або вимірюваннями або між...

Товариство, Індекс

Психологічна енциклопедія

Характеристика, що виражає товариськість людини. Соціограма, наприклад, дає, окрім інших вимірів, оцінку комунікабельності різних членів групи.

Відбору, Індекс

Психологічна енциклопедія

Формула з метою оцінки потужності певного тесту чи пункту тесту у розрізненні індивідів друг від друга.

Надійності, Індекс

Психологічна енциклопедія

Статистика, що забезпечує оцінку кореляції між актуальними значеннями, отриманими з тесту, та теоретично вірними значеннями.

Цей індекс дається як значення r, де r - коефіцієнт надійності, що обчислюється.

Прогнозування Ефективності, Індекс

Психологічна енциклопедія

Вимірювання ступеня, в якому можна використовувати знання про одну змінну для того, щоб робити передбачення щодо іншої змінної, за умови, що кореляція цих змінних відома. Зазвичай у символічній формі це виражається як Е, індекс представляється як 1-((…

Слова, Індекс

Психологічна енциклопедія

Загальний термін для позначення будь-якої систематичної частоти появи слів у письмовій та/або усній мові.

Часто такі індекси обмежені специфічними лінгвістичними областями, наприклад підручники для перших класів, батьківсько-дитячі взаємодії. Проте відомі оцінки.

Будинки Тіла, Індекс

Психологічна енциклопедія

Запропонований Айзенком вимір статури, заснований на відношенні зростання до кола грудей.

Ті, чиї показники були у «нормальному» діапазоні, називалися мезоморфами, в межах стандартного відхиленняабо вище середнього – лептоморфами та в межах стандартного відхилення або…

ДО ЛЕКЦІЇ №24

«ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ»

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

Література:

1. В.Д. Пономарьов «Аналітична хімія» 1983 246-251

2. А.А. Іщенко «Аналітична хімія» 2004 стор 181-184

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

Рефрактометрія є одним із найпростіших фізичних методів аналізу з витратою мінімальної кількості аналізованої речовини і проводиться за дуже короткий час.

Рефрактометрія— метод, заснований на явище заломлення чи рефракції, тобто.

зміні напряму поширення світла при переході з одного середовища до іншого.

Заломлення, як і поглинання світла, є наслідком взаємодії його з середовищем.

Слово рефрактометрія означає вимір заломлення світла, яке оцінюється за величиною показника заломлення.

Розмір показника заломлення nзалежить

1) від складу речовин та систем,

2) від того, у якій концентрації і які молекули зустрічає світловий промінь своєму шляху, т.к.

під дією світла молекули різних речовинполяризуються по-різному. Саме на цій залежності й ґрунтується рефрактометричний метод.

Метод цей має цілу низку переваг, внаслідок чого він знайшов широке застосуванняяк у хімічних дослідженнях, і при контролі технологічних процесів.

1)Вимірювання показники заломлення є дуже простим процесом, Який здійснюється точно і при мінімальних витратахчасу та кількості речовини.

2) Зазвичай рефрактометри забезпечують точність до 10% при визначенні показника заломлення світла та вмісту аналізованої речовини

Метод рефрактометрії застосовують контролю автентичності і чистоти, ідентифікації індивідуальних речовин, визначення будови органічних і неорганічних сполук щодо розчинів.

Рефрактометрія знаходить застосування визначення складу двокомпонентних розчинів і потрійних систем.

Фізичні основи методу

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ.

Відхилення світлового променя від початкового напрямку при переході його з одного середовища в інше тим більше, чим більша різниця у швидкостях поширення світла у двох

даних середовищах.

Розглянемо заломлення світлового променя на межі будь-яких двох прозорих середовищ I та II(див.

Мал.). Умовимося, що середовище II має більшу заломлюючу здатність і, отже, n1і n2показує заломлення відповідних середовищ. Якщо середовище I - це вакуум і повітря, то відношення sin кута падіння світлового променя до sin кута заломлення дасть величину відносного показника заломлення n отн. Розмір n отн.

Що таке показник заломлення скла? І коли його потрібно знати?

може бути так само визначено як відношення показників заломлення середовищ, що розглядаються.

нотн. = - - = -

Розмір показника заломлення залежить від

1) природи речовин

Природу речовини в даному випадкувизначає ступінь деформованості його молекул під дією світла - ступінь поляризованості.

Чим інтенсивніша поляризуемість, тим сильніше заломлення світла.

2)довжини хвилі падаючого світла

Вимірювання показника заломлення проводиться за довжини хвилі світла 589,3 нм (лінія D спектру натрію).

Залежність показника заломлення від довжини світлової хвилі називається дисперсією.

Чим менша довжина хвилі, тим значніше заломлення. Тому, промені різних довжинхвиль переломлюються по-різному.

3)температури , При якій проводиться вимір. Обов'язковою умовоювизначення показника заломлення є дотримання температурного режиму. Зазвичай визначення виконується за 20±0,30С.

У разі підвищення температури величина показника заломлення зменшується, при зниженні — збільшується.

Поправку на вплив температури розраховують за такою формулою:

nt=n20+ (20-t) ·0,0002, де

nt –Бувай задавачем заломлення при даній температурі,

n20-показник заломлення при 200С

Вплив температури на значення показників заломлення газів та рідких тіл пов'язаний з величинами їх коефіцієнтів об'ємного розширення.

Об'єм всіх газів і рідких тіл при нагріванні збільшується, щільність зменшується і, отже, зменшується показник

Показник заломлення, виміряний при 200С та довжині хвилі світла 589,3 нм, позначається індексом nD20

Залежність показника заломлення гомогенної двокомпонентної системи від її стану встановлюється експериментально шляхом визначення показника заломлення для ряду стандартних систем (наприклад, розчинів), вміст компонентів у яких відомий.

4) концентрації речовини у розчині.

Для багатьох водних розчинівпоказники заломлення при різних концентраціях і температурах надійно виміряні, і в цих випадках можна користуватися довідковими рефрактометричними таблицями.

Практика показує, що при вмісті розчиненої речовини, що не перевищує 10-20%, поряд з графічним методому багатьох випадках можна користуватися лінійним рівняннямтипу:

n=nо+FC,

n-показник заломлення розчину,

nо- Показник заломлення чистого розчинника,

C- Концентрація розчиненої речовини, %

F-емпіричний коефіцієнт, величина якого знайдена

шляхом визначення коефіцієнтів заломлення розчинів відомої концентрації.

РЕФРАКТОМЕТРИ.

Рефрактометрами називають прилади, що служать вимірювання величини показника заломлення.

Існує 2 види цих приладів: рефрактометр типу Аббе та типу Пульфріха. І в тих і в ін. Виміри засновані на визначенні величини граничного кута заломлення. На практиці застосовуються рефрактометри різних систем: лабораторний-РЛ, універсальний РЛУ та ін.

Показник заломлення дистильованої води n0=1,33299, практично цей показник приймає як отсчетного як n0 =1,333.

Принцип роботи на рефрактометрах ґрунтується на визначенні показника заломлення методом граничного кута (кут повного відображення світла).

Ручний рефрактометр

Рефрактометр Аббе

Оптика одна із старих розділів фізики. З часів античної Греції багатьох філософів цікавили закони руху та поширення світла в різних прозорих матеріалах, таких як вода, скло, алмаз і повітря. У цій статті розглянуто явище заломлення світла, акцентовано увагу на показнику заломлення повітря.

Ефект заломлення світлового променя

Кожен у своєму житті стикався сотні разів із проявом цього ефекту, коли дивився на дно водойми або на склянку з водою з поміщеним у неї якимось предметом. При цьому водоймище здавалося не таким глибоким, яким воно було насправді, а предмети в склянці з водою виглядали деформованими або зламаними.

Явище заломлення полягає в зламі його прямолінійної траєкторії, коли він перетинає поверхню розділу двох прозорих матеріалів. Узагальнення велика кількістьданих експериментів, початку XVIIстоліття голландець Віллеброрд Снелл отримав математичний вираз, який точно описував це явище. Цей вираз прийнято записувати в наступному вигляді:

n 1 * sin (θ 1) = n 2 * sin (θ 2) = const.

Тут n 1 , n 2 - абсолютні показники заломлення світла у відповідному матеріалі, θ 1 і θ 2 - кути між падаючим і заломленим променями і перпендикуляром до площини розділу середовищ, проведений через точку перетину променя і цієї площини.

Ця формула зветься закону Снелла або Снелла-Декарта (саме француз записав її у представленому вигляді, голландець же використовував не синуси, а одиниці довжини).

Крім цієї формули, явище заломлення описується ще одним законом, який має геометричний характер. Він полягає в тому, що зазначений перпендикуляр до площини і два промені (заломлений і падаючий) лежать в одній площині.

Абсолютний показник заломлення

Ця величина входить у формулу Снелла, та її значення відіграє важливу роль. Математично показнику заломлення n відповідає формула:

Символ c – це швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі. Вона становить приблизно 3*108 м/с. Величина v - це швидкість руху світла серед. Таким чином, показник заломлення відображає величину уповільнення світла в середовищі безповітряного простору.

З формули вище випливає два важливі висновки:

• величина n завжди більше 1 (для вакууму вона дорівнює одиниці);
• це безрозмірна величина.

Наприклад, показник заломлення повітря дорівнює 1,00029, а води він становить 1,33.

Показник заломлення не є постійною величиною для конкретного середовища. Він залежить від температури. Понад те, кожної частоти електромагнітної хвилі він має значення. Так, наведені вище цифри відповідають температурі 20 o C та жовтій частині видимого спектру (довжина хвилі – близько 580-590 нм).

Залежність величини n від частоти світла проявляється у розкладанні білого світла призмою на низку кольорів, і навіть у освіті веселки на небі під час зливи.

Показник заломлення світла у повітрі

Вище було наведено його значення (1,00029). Оскільки показник заломлення повітря відрізняється лише четвертому знаку після коми від нуля, то вирішення практичних завдань його вважатимуться рівним одиниці. Невелика відмінність n для повітря від одиниці говорить про те, що світло практично не сповільнюється молекулами повітря, що пов'язане з відносно невисокою щільністю. Так, середнє значення щільності повітря 1,225 кг/м 3 , тобто він більш ніж у 800 разів легший за прісну воду.

Повітря – це оптично нещільне середовище. Сам процес уповільнення швидкості світла в матеріалі носить квантовий характер і пов'язаний з актами поглинання та випромінювання фотонів атомами речовини.

Зміна складу повітря (наприклад, підвищення вмісту в ньому водяної пари) та зміна температури призводять до суттєвим змінампоказника заломлення. Яскравим прикладомє ефект міражу в пустелі, який виникає через відмінність показників заломлення повітряних шарів з різними температурами.

Кордон розділу скло - повітря

Скло є набагато більш щільним середовищем, ніж повітря. Його абсолютний показник заломлення лежить у межах від 1,5 до 1,66 залежно від сорту скла. Якщо взяти середнє значення 1,55, тоді заломлення променя на межі повітря – скло можна розрахувати за формулою:

sin(θ 1)/sin(θ 2) = n 2 /n 1 = n 21 = 1,55.

Розмір n 21 називається відносним показником заломлення повітря - скло. Якщо промінь виходить зі скла в повітря, тоді слід користуватися наступною формулою:

sin(θ 1)/sin(θ 2) = n 2 /n 1 = n 21 = 1/1,55 = 0,645.

Якщо кут заломленого променя в останньому випадку дорівнюватиме 90 o тоді йому відповідний, називається критичним. Для кордону скло - повітря він дорівнює:

θ 1 = arcsin(0,645) = 40,17 o .

Якщо промінь падатиме на кордон скло - повітря з більшими кутами, ніж 40,17 o , то він відобразиться повністю назад у скло. Це так і називається " повне внутрішнє відбиток " .

Критичний кут існує тільки при русі променя із щільного середовища (зі скла в повітря, але не навпаки).

ДО ЛЕКЦІЇ №24

«ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ»

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

Література:

1. В.Д. Пономарьов «Аналітична хімія» 1983 246-251

2. А.А. Іщенко «Аналітична хімія» 2004 стор 181-184

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

Рефрактометрія є одним із найпростіших фізичних методів аналізу з витратою мінімальної кількості аналізованої речовини і проводиться за дуже короткий час.

Рефрактометрія- метод, заснований на явище заломлення чи рефракції, тобто. зміні напряму поширення світла при переході з одного середовища до іншого.

Заломлення, як і поглинання світла, є наслідком взаємодії його з середовищем. Слово рефрактометрія означає вимір заломлення світла, яке оцінюється за величиною показника заломлення.

Розмір показника заломлення nзалежить

1) від складу речовин та систем,

2) від того, у якій концентрації і які молекули зустрічає світловий промінь своєму шляху, т.к. під впливом світла молекули різних речовин поляризуються по-різному. Саме на цій залежності й ґрунтується рефрактометричний метод.

Метод цей має цілу низку переваг, у результаті він знайшов широке застосування як і хімічних дослідженнях, і при контролі технологічних процесів.

1) Вимірювання показники заломлення є дуже простим процесом, який здійснюється точно і за мінімальних витрат часу і кількості речовини.

2) Зазвичай рефрактометри забезпечують точність до 10% при визначенні показника заломлення світла та вмісту аналізованої речовини

Метод рефрактометрії застосовують контролю автентичності і чистоти, ідентифікації індивідуальних речовин, визначення будови органічних і неорганічних сполук щодо розчинів. Рефрактометрія знаходить застосування визначення складу двокомпонентних розчинів і потрійних систем.

Фізичні основи методу

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ.

Відхилення світлового променя від початкового напрямку при переході його з одного середовища в інше тим більше, чим більша різниця у швидкостях поширення світла у двох

даних середовищах.

Розглянемо заломлення світлового променя на межі будь-яких двох прозорих середовищ I та II (див. рис.). Умовимося, що середовище II має більшу заломлюючу здатність і, отже, n 1і n 2- Показує заломлення відповідних середовищ. Якщо середовище I - це вакуум і повітря, то відношення sin кута падіння світлового променя до sin кута заломлення дасть величину відносного показника заломлення n отн. Розмір n отн. може бути так само визначено як відношення показників заломлення середовищ, що розглядаються.

n отн. = ----- = ---

Розмір показника заломлення залежить від

1) природи речовин

Природу речовини у разі визначає ступінь деформируемости його молекул під впливом світла - ступінь поляризуемости. Чим інтенсивніша поляризуемість, тим сильніше заломлення світла.

2)довжини хвилі падаючого світла

Вимірювання показника заломлення проводиться за довжини хвилі світла 589,3 нм (лінія D спектру натрію).

Залежність показника заломлення від довжини світлової хвилі називається дисперсією. Чим менша довжина хвилі, тим значніше заломлення. Тому промені різних довжин хвиль переломлюються по-різному.

3)температури , При якій проводиться вимір. Обов'язковою умовою визначення показника заломлення є дотримання температурного режиму. Зазвичай, визначення виконується при 20±0,3 0 С.

У разі підвищення температури величина показника заломлення зменшується, при зниженні - збільшується.

Поправку на вплив температури розраховують за такою формулою:

n t =n 20 + (20-t) · 0,0002, де

n t –Бувай задавачем заломлення при даній температурі,

n 20 -показник заломлення при 20 0 С

Вплив температури на значення показників заломлення газів та рідких тіл пов'язаний з величинами їх коефіцієнтів об'ємного розширення. Об'єм всіх газів і рідких тіл при нагріванні збільшується, щільність зменшується і, отже, зменшується показник

Показник заломлення, виміряний при 20 0 С та довжині хвилі світла 589,3 нм, позначається індексом n D 20

Залежність показника заломлення гомогенної двокомпонентної системи від її стану встановлюється експериментально шляхом визначення показника заломлення для ряду стандартних систем (наприклад, розчинів), вміст компонентів у яких відомий.

4) концентрації речовини у розчині.

Для багатьох водних розчинів речовин показники заломлення при різних концентраціях та температурах надійно виміряні, і в цих випадках можна користуватися довідковими рефрактометричними таблицями. Практика показує, що при вмісті розчиненої речовини, що не перевищує 10-20%, поряд з графічним методом у багатьох випадках можна користуватися лінійним рівнянням типу:

n=n про +FC,

n-показник заломлення розчину,

nо- показник заломлення чистого розчинника,

C- Концентрація розчиненої речовини, %

F-емпіричний коефіцієнт, величина якого знайдена

шляхом визначення коефіцієнтів заломлення розчинів відомої концентрації.

РЕФРАКТОМЕТРИ.

Рефрактометрами називають прилади, що служать вимірювання величини показника заломлення. Існує 2 види цих приладів: рефрактометр типу Аббе та типу Пульфріха. І в тих і в ін. Виміри засновані на визначенні величини граничного кута заломлення. Насправді застосовуються рефрактометри різних систем: лабораторний-РЛ, універсальний РЛУ та інших.

Показник заломлення дистильованої води n 0 =1,33299, практично цей показник приймає як відлікового як n 0 =1,333.

Принцип роботи на рефрактометрах ґрунтується на визначенні показника заломлення методом граничного кута (кут повного відображення світла).

Ручний рефрактометр

Рефрактометр Аббе

При вирішенні завдань з оптики часто потрібно знати показник заломлення скла, води чи іншої речовини. Причому в різних ситуаціяхможуть бути задіяні як абсолютні, і відносні значення цієї величини.

Два види показника заломлення

Спочатку про те, що це число показує: як змінює напрямок поширення світла те чи інше прозоре середовище. Причому електромагнітна хвиля може йти з вакууму, тоді показник заломлення скла або іншої речовини буде називатися абсолютним. Найчастіше його величина лежить у межах від 1 до 2. Тільки дуже рідкісних випадках показник заломлення виявляється більше двох.

Якщо ж перед предметом знаходиться щільніше, ніж вакуум, середовище, то говорять уже про відносному значенні. І розраховується як ставлення двох абсолютних величин. Наприклад, відносний показник заломлення вода-скло дорівнюватиме приватному абсолютних величин для скла і води.

У будь-якому випадку вона позначається латинською літерою "ен" - n. Ця величина виходить шляхом поділу один на одного однойменних величин, тому є просто коефіцієнтом, який не має найменування.

За якою формулою можна порахувати показник заломлення?

Якщо прийняти кут падіння за «альфа», а кут заломлення позначити «бета», формула абсолютного значення коефіцієнта заломлення виглядає так: n = sin α/sin β. В англомовній літературі часто можна зустріти інше позначення. Коли кут падіння виявляється i, а заломлення - r.

Існує ще інша формула того, як можна обчислити показник заломлення світла у склі та інших прозорих середовищах. Вона пов'язана зі швидкістю світла у вакуумі і нею ж, але вже в речовині, що розглядається.

Тоді вона має такий вигляд: n = c/νλ. Тут з – швидкість світла у вакуумі, ν – його швидкість у прозорому середовищі, а λ – довжина хвилі.

Від чого залежить показник заломлення?

Він визначається тією швидкістю, з якою світло поширюється у середовищі. Повітря в цьому відношенні дуже близьке до вакууму, тому світлові хвилі в ньому поширюються практично не відхиляються від свого початкового напряму. Тому, якщо визначається показник заломлення скло-повітря або будь-яка інша речовина, що межує з повітрям, останній умовно приймається за вакуум.

Будь-яке інше середовище має власні характеристики. Вони мають різні щільності, вони мають власну температуру, а також пружні напруги. Усе це позначається результаті заломлення світла речовиною.

Не останню роль зміні напрями поширення хвиль грають властивості світла. Біле світло складається з безлічі кольорів, від червоної до фіолетової. Кожна частина спектру заломлюється по-своєму. Причому значення показника хвилі червоної частини спектру завжди буде менше, ніж в інших. Наприклад, показник заломлення скла марки ТФ-1 змінюється від 1,6421 до 1,67298 відповідно від червоної до фіолетової частини спектра.

Приклади значень для різних речовин

Тут наведено значення абсолютних величин, тобто коефіцієнт заломлення при проходженні променя з вакууму (що дорівнює повітря) через іншу речовину.

Ці цифри будуть потрібні, якщо потрібно буде визначити показник заломлення скла щодо інших середовищ.

Які ще величини використовуються під час вирішення завдань?

Повне відбиття. Воно спостерігається при переході світла з більш щільного середовища в менш щільне. Тут за певного значення кута падіння заломлення відбувається під прямим кутом. Тобто промінь ковзає вздовж межі двох середовищ.

Граничний кут повного відображення - це його мінімальне значення, при якому світло не виходить у менш щільне середовище. Менше за нього — відбувається заломлення, а більше — віддзеркалення в те саме середовище, з якого світло переміщалося.

Завдання №1

Умови. Показник заломлення скла має значення 1,52. Необхідно визначити граничний кут, який повністю відбивається світло від розділу поверхонь: скла з повітрям, води з повітрям, скла з водою.

Потрібно скористатися даними показником заломлення води, даним у таблиці. Він для повітря приймається рівним одиниці.

Рішення у всіх трьох випадках зводиться до розрахунків за формулою:

sin α 0 /sin β = n 1 /n 2 , де n 2 відноситься до того середовища, з якого поширюється світло, а n 1 куди проникає.

Літерою α 0 позначений граничний кут. Значення кута β дорівнює 90 градусів. Тобто його синус буде одиницею.

Для першого випадку: sin 0 = 1 /n скла, тоді граничний кут виявляється рівним арксинусу від 1 /n скла. 1/1,52 = 0,6579. Кут дорівнює 41,14 º.

У другий випадок щодо арксинусу необхідно підставити значення показника заломлення води. Дроб 1 /n води прийме значення1/1,33 = 0,7519. Це арксинус кута 48,75 º.

Третій випадок описується ставленням n води та n скла. Арксинус потрібно обчислити для дробу: 1,33/1,52, тобто числа 0,875. Знаходимо значення граничного кута за його арксинусом: 61,05 º.

Відповідь: 41,14 º, 48,75 º, 61,05 º.

Завдання № 2

Умови. У посудину з водою занурено скляну призму. Її показник заломлення дорівнює 1,5. В основі призми лежить прямокутний трикутник. Більший катет розташований перпендикулярно дну, а другий йому паралельний. Промінь світла падає нормально на верхню грань призми. Яким має бути найменший кут між горизонтально розташованим катетом і гіпотенузою, щоб світло досягло катета, розташованого перпендикулярно до дна судини, і вийшло з призми?

Для того, щоб промінь вийшов із призми описаним чином, йому необхідно впасти під граничним кутом на внутрішню грань (ту, яка в перерізі призми є гіпотенузою трикутника). Цей граничний кут виявляється за побудовою рівним шуканому куту прямокутного трикутника. З закону заломлення світла виходить, що синус граничного кута, поділений на синус 90 градусів, дорівнює відношенню двох показників заломлення води до скла.

Розрахунки призводять до такого значення для граничного кута: 62 º 30 '.

Квиток 75.

Закон відображення світла: падаючий і відбитий промені, і навіть перпендикуляр до межі розділу двох середовищ, відновлений у точці падіння променя, лежать у одній площині (площина падіння). Кут відображення γ дорівнює куту падіння α.

Закон заломлення світла: падаючий та заломлений промені, а також перпендикуляр до межі розділу двох середовищ, відновлений у точці падіння променя, лежать в одній площині. Відношення синуса кута падіння α до синуса кута заломлення є величина, постійна для двох даних середовищ:

Закони відображення та заломлення знаходять пояснення у хвильовій фізиці. Згідно з хвильовими уявленнями, заломлення є наслідком зміни швидкості поширення хвиль при переході з одного середовища в інше. Фізичний зміст показника заломлення– це відношення швидкості поширення хвиль у першому середовищі 1 до швидкості їх поширення у другому середовищі 2:

Рис 3.1.1 ілюструє закони відображення та заломлення світла.

Середовище з меншим абсолютним показником заломлення називають оптично менш щільним.

При переході світла з оптично більш щільного середовища в оптично менш щільне n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать явище повного відображеннятобто зникнення заломленого променя. Це явище спостерігається при кутах падіння, що перевищують деякий критичний кут пр, який називається граничним кутом повного внутрішнього відбиття(Див. рис. 3.1.2).

Для кута падіння α = α пр sin β = 1; значення sin α пр = n 2 / n 1< 1.

Якщо другим середовищем є повітря (n 2 ≈ 1), то формулу зручно переписати у вигляді

Явище повного внутрішнього відбиття знаходить застосування у багатьох оптичних пристроях. Найбільш цікавим і практично важливим застосуванням є створення волоконних світловодів, які є тонкими (від кількох мікрометрів до міліметрів) довільно вигнуті нитки з оптично прозорого матеріалу (скло, кварц). Світло, що потрапляє на торець світловода, може поширюватися на великі відстані за рахунок повного внутрішнього відбиття від бічних поверхонь (рис 3.1.3). Науково-технічний напрямок, що займається розробкою та застосуванням оптичних світловодів, називається волоконною оптикою.

Дисперсія світла (розкладання світла)- це явище, обумовлене залежністю абсолютного показника заломлення речовини від частоти (або довжини хвилі) світла (частотна дисперсія), або, те саме, залежність фазової швидкості світла в речовині від довжини хвилі (або частоти). Експериментально відкрита Ньютоном близько 1672 року, хоча теоретично досить добре пояснена значно пізніше.

Просторова дисперсіяназивається залежність тензора діелектричної проникності середовища від вектора хвильового. Така залежність викликає ряд явищ, які називаються ефектами просторової поляризації.

Один з найбільш наочних прикладівдисперсії - Розкладання білого світлапри проходженні через призму (досвід Ньютона) . Сутністю явища дисперсії є відмінність швидкостей поширення променів світла з різною довжиною хвилі в прозорій речовині - оптичному середовищі (тоді як у вакуумі швидкість світла завжди однакова, незалежно від довжини хвилі і відтак кольору). Зазвичай чим більше частота світлової хвилі, тим більший показник заломлення середовища для неї і тим менша швидкість хвилі в середовищі:

Досвіди Ньютона Досвід розкладання білого світла в спектр: Ньютон направив промінь сонячного світлачерез маленький отвір на скляну призму. Потрапляючи на призму, промінь заломлювався і давав на протилежній стіні подовжене зображення з райдужним чергуванням кольорів – спектр. Досвід проходження монохроматичного світла через призму: Ньютон на шляху сонячного променяпоставив червоне скло, за яким отримало монохроматичне світло (червоне), далі призму і спостерігав на екрані тільки червону пляму від променя світла. Досвід із синтезу (одержання) білого світла:Спочатку Ньютон спрямував сонячний промінь на призму. Потім, зібравши кольорові промені, що вийшли з призми, за допомогою збираючої лінзи, Ньютон на білій стіні отримав замість пофарбованої смуги біле зображення отвору. Висновки Ньютона:- призма не змінює світло, а тільки розкладає його на складові - світлові промені, що відрізняються за кольором, відрізняються за ступенем заломлюваності; найбільш сильно заломлюються фіолетові промені, менш сильно - червоні - червоне світло, яке менше заломлюється, має найбільшу швидкість, а фіолетовий - найменшу, тому призма і розкладає світло. Залежність показника заломлення світла від його кольору називається дисперсією.

Висновки:- призма розкладає світло - біле світло є складним (складеним) - фіолетові промені заломлюються сильніше за червоні. Колір променя світла визначається його частотою коливань. При переході з одного середовища до іншого змінюються швидкість світла і довжина хвилі, а частота, що визначає колір залишається постійною. Межі діапазонів білого світла та її складових прийнято характеризувати їх довжинами хвиль у вакуумі. Біле світло – це сукупність хвиль довжинами від 380 до 760 нм.

Квиток 77.

Поглинання світла. Закон Бугера

Поглинання світла в речовині пов'язане із перетворенням енергії електромагнітного поляхвилі в теплову енергіюречовини (або енергію вторинного фотолюмінесцентного випромінювання). Закон поглинання світла (закон Бугера) має вигляд:

I=I 0 exp(- x),(1)

де I 0 , I-інтенсивності світла на вході (х = 0)та виході з шару середовища товщини х, - коефіцієнт поглинання, він залежить від  .

Для діелектриків  =10 -1  10 -5 м -1 для металів =10 5  10 7 м -1 , тому метали непрозорі світла.

Залежністю  ( ) пояснюється забарвлення поглинаючих тіл. Наприклад, скло, що слабко поглинає червоне світло, при освітленні білим світлом здаватиметься червоним.

Розсіювання світла. Закон Релею

Дифракція світла може відбуватися в оптично неоднорідному середовищі, наприклад, у каламутному середовищі (дим, туман, запилене повітря тощо). Дифрагуючи на неоднорідностях середовища, світлові хвилі створюють дифракційну картину, що характеризується досить рівномірним розподілом інтенсивності в усіх напрямках.

Таку дифракцію на дрібних неоднорідностях називають розсіянням світла.

Це явище спостерігається, якщо вузький пучок сонячних променів проходить через запилене повітря, розсіюється на порошинках і стає видимим.

Якщо розміри неоднорідностей малі в порівнянні з довжиною хвилі (не більше ніж 0,1  ), то інтенсивність розсіяного світла виявляється обернено пропорційна четвертого ступеня довжини хвилі, тобто.

I розс ~ 1/  4 , (2)

ця залежність зветься закону Релея.

Розсіювання світла спостерігається також і в чистих середовищах, які не містять сторонніх частинок. Наприклад, воно може відбуватися на флуктуаціях (випадкових відхиленнях) густини, анізотропії або концентрації. Таке розсіювання називають молекулярним. Воно пояснює, наприклад, блакитний колір неба. Дійсно, згідно (2) блакитні та сині промені розсіюються сильніше, ніж червоні та жовті, т.к. мають меншу довжину хвилі, зумовлюючи цим блакитний колір неба.

Квиток 78.

Поляризація світла- Сукупність явищ хвильової оптики, в яких проявляється поперечність електромагнітних світлових хвиль. Поперечна хвиля- Частки середовища коливаються в напрямках, перпендикулярних до напряму поширення хвилі ( рис.1).

Рис.1 Поперечна хвиля

Електромагнітна світлова хвиля плоскополяризована(лінійна поляризація), якщо напрямки коливань векторів E та B строго фіксовані та лежать у певних площинах ( рис.1). Плоскополяризована світлова хвиля називається плоскополяризованим(лінійнополяризованим) світлом. Неполяризована(природна) хвиля - електромагнітна світлова хвиля, в якій напрямки коливань векторів E і B у цій хвилі можуть лежати в будь-яких площинах, перпендикулярних до вектора швидкості v . Неполяризоване світло- світлові хвилі, у яких напрямки коливань векторів E і B хаотично змінюються так, що рівноймовірні усі напрямки коливань у площинах, перпендикулярних до променя поширення хвилі ( рис.2).

Рис.2 Неполяризоване світло

Поляризовані хвилі- у яких напрями векторів E та B зберігаються незмінними у просторі або змінюються за певним законом. Випромінювання, у якого напрям вектора Е змінюється хаотично - неполяризоване. Прикладом такого випромінювання може бути теплове випромінювання (хаотично розподілені атоми та електрони). Площина поляризації- це площина, перпендикулярна до напряму коливань вектора Е. Основний механізм виникнення поляризованого випромінювання - розсіювання випромінювання на електронах, атомах, молекулах, порошинках.

1.2. Види поляризаціїІснує три види поляризації. Дамо їм визначення. 1. Лінійна Виникає, якщо електричний вектор Е зберігає своє становище у просторі. Вона хіба що виділяє площину, у якій коливається вектор Е. 2. Кругова Це поляризація, що виникає, коли електричний вектор Е обертається навколо напряму поширення хвилі з кутовою швидкістю, що дорівнює кутової частоти хвилі, і зберігає при цьому свою абсолютну величину. Така поляризація характеризує напрямок обертання вектора Е в площині, перпендикулярній до променя зору. Прикладом є циклотронне випромінювання (система електронів, що обертаються в магнітному полі). 3. Еліптична Виникає тоді, коли величина електричного вектора Е змінюється отже він описує еліпс (обертання вектора Е). Еліптична і кругова поляризація буває правою (обертання вектора Е відбувається за годинниковою стрілкою, якщо дивитися назустріч хвилі, що поширюється) і лівою (обертання вектора Е відбувається проти годинникової стрілки, якщо дивитися назустріч хвилі, що розповсюджується) .

Реально, найчастіше зустрічається часткова поляризація (частково поляризовані електромагнітні хвилі). Кількісно вона характеризується якоюсь величиною, званою ступенем поляризації Ряка визначається як: P = (Imax – Imin) / (Imax + Imin)де Imax,Imin- найбільша та найменша щільність потоку електромагнітної енергії через аналізатор (поляроїд, призму Ніколя…). Насправді, поляризацію випромінювання часто описують параметрами Стокса (визначають потоки випромінювання із заданим напрямом поляризації).

Квиток 79.

Якщо природне світло падає на межу розділу двох діелектриків (наприклад, повітря та скла), то частина його відбивається, а частина переломлюється в поширюється в другому середовищі. Встановлюючи на шляху відбитого та заломленого променів аналізатор (наприклад, турмалін), переконуємось у тому, що відбитий та заломлений промені частково поляризовані: при повертанні аналізатора навколо променів інтенсивність світла періодично зменшується та слабшає (повного гасіння не спостерігається!). Подальші дослідження показали, що у відбитому промені переважають коливання, перпендикулярні до площини падіння (на рис. 275 вони позначені точками), у заломленому - коливання, паралельні площині падіння (зображені стрілками).

Ступінь поляризації (ступінь виділення світлових хвиль з певною орієнтацією електричного (і магнітного) вектора) залежить від кута падіння променів та показника заломлення. Шотландський фізик Д. Брюстер(1781-1868) встановив закон, згідно з яким при вугіллі падіння i B (кут Брюстера), що визначається співвідношенням

(n 21 - показник заломлення другого середовища щодо першої), відбитий промінь є плоскополяризованим(містить лише коливання, перпендикулярні до площини падіння) (рис. 276). Заломлений промінь при вугіллі падінняi B поляризується максимально, але не повністю.

Якщо світло падає на межу розділу під кутом Брюстера, то відбитий і заломлений промені взаємно перпендикулярні(tg i B = sin i B /cos i B, n 21 = sin i B / sin i 2 (i 2 - кут заломлення), звідки cos i B = sin i 2). Отже, i B + i 2 =  /2, але i’ B = i B (закон відображення), тому i’ B + i 2 =  /2.

Ступінь поляризації відбитого та заломленого світла при різних кутахпадіння можна розрахувати з рівнянь Максвелла, враховуючи граничні умови для електромагнітного поля на межі розділу двох ізотропних діелектриків (так звані формули Френеля).

Ступінь поляризації заломленого світла може бути значно підвищена (багаторазовим заломленням за умови падіння світла щоразу на межу розділу під кутом Брюстера). Якщо, наприклад, для скла ( п= 1,53) ступінь поляризації заломленого променя становить 15%, то після заломлення на 8-10 накладених один на одного скляних пластинок світло, що вийшло з такої системи, буде практично повністю поляризованим. Така сукупність платівок називається стопою.Стопа може бути аналізу поляризованого світла як із його відображенні, і за його заломленні.

Квиток 79 (для шпори)

Як показує досвід при заломленні та відображенні світла, заломлене і відбите світло виявляється поляризованими, причому відбиток. світло може бути повністю поляризоанним при деякому куті падіння, а прилом. світло завжди є частково поляризованим. На підставі формул Фрінеля можна показати, що відбиток. світло поляризоване в площині перпендикулярної площині падіння, а прелом. світло поляризоване в площині паралельної площині падіння.

Кут падіння у якому отраж. світло є повністю поляризованим називається кутом Брюстера. Кут Брюстера визначається із закону Брюстера: - Закон Брюстера. У цьому випадку кут між відбит. та прелом. променями дорівнюватиме. Для системи повітря-скло кут Брюстера дорівнює. Для отримання хорошої поляризації, тобто. ,при заломленні світла використовують багато поїлом-х поверхонь, які звуться Стопа Столетова.

Квиток 80.

Досвід показує, що при взаємодії світла з речовиною основна дія (фізіологічна, фотохімічна, фотоелектрична та ін) викликається коливаннями вектора, який у зв'язку з цим іноді називають світловим вектором. Тому для опису закономірностей поляризації світла стежать за поведінкою вектора.

Площина, утворена векторами і називається площиною поляризації.

Якщо коливання вектора відбуваються в одній фіксованій площині, то таке світло (промінь) називається лінійно-поляризованим. Його умовно позначають так. Якщо промінь поляризований у перпендикулярній площині (у площині хоzдив. рис. 2 у другій лекції), його позначають.

Природне світло (від традиційних джерел, сонця), складається з хвиль, мають різні, хаотично розподілені площині поляризації (див. рис. 3).

Природне світло іноді умовно позначають так. Його називають також неполяризованим.

Якщо при поширенні хвилі вектор повертається і при цьому кінець вектора описує коло, то таке світло називається поляризованим по колу, а поляризацію – круговою або циркулярною (правою чи лівою). Існує також еліптична поляризація.

Існують оптичні пристрої (плівки, пластини тощо) – поляризаториякі з природного світла виділяють лінійно поляризоване світло або частково поляризоване світло.

Поляризатори, що використовуються для аналізу поляризації світла, називаються аналізаторами.

Площиною поляризатора (або аналізатора) називається площина поляризації світла, що пропускається поляризатором (або аналізатором).

Нехай на поляризатор (або аналізатор) падає лінійно поляризоване світло з амплітудою Е 0 . Амплітуда минулого світла дорівнюватиме Е=Е 0 сos j, а інтенсивність I=I 0 сos 2 j.

Ця формула висловлює закон Малюса:

Інтенсивність лінійно поляризованого світла, що пройшов аналізатор, пропорційна квадрату косинуса кута. jміж площиною коливань падаючого світла та площиною аналізатора.

Квиток 80 (для шпори)

Поляризатори-прилади дають можливість отримати поляризоване світло.Аналізатори-це прилади за допомогою яких можна проаналізувати чи є світло поляризованим чи ні.Конструктивно поляризатор і аналізатор це одне й теж. Кожен вектор можна розкласти на дві взаємно перпендикулярні складові: одна з яких паралельна площині поляризації поляризатора, а інша їй перпендикулярна.

Очевидно інтенсивність світла, що вийшов з поляризатора, буде рівна. Позначимо інтенсивність світла, що вийшов з поляризатора через ().

Квиток 81.

Вивчаючи свічення розчину солей урану під дією променів радію, радянський фізик П. А. Черенков звернув увагу на те, що світиться і сама вода, в якій солей урану немає. Виявилося, що при пропущенні променів (див. Гамма-випромінювання) через чисті рідини всі вони починають світитися. С. І. Вавілов, під керівництвом якого працював П. А. Черенков, висловив гіпотезу, що світіння пов'язане з рухом електронів, що вибиваються-квантами радію з атомів. Справді, світіння сильно залежало від напрямку магнітного поля в рідині (це наводило на думку, що його причина - рух електронів).

Але чому електрони, що рухаються в рідині, випромінюють світло? Правильна відповідь на це питання у 1937 р. дали радянські фізики І. Є. Тамм та І. М. Франк.

Електрон, рухаючись у речовині, взаємодіє з оточуючими його атомами. Під дією його електричного поля атомні електрони та ядра зміщуються в протилежні сторони - середовище поляризується. Поляризуючись і потім повертаючись у вихідний стан, атоми середовища, розташовані вздовж траєкторії електрона, випускають електромагнітні світлові хвилі. Якщо швидкість електрона v менша за швидкість поширення світла в середовищі (- показник заломлення), то електромагнітне поле обганятиме електрон, а речовина встигне поляризуватися в просторі попереду електрона. Поляризація середовища перед електроном і його протилежна за напрямом, і випромінювання протилежно поляризованих атомів, «складаючись», «гасять» одне одного. Коли атоми, до яких ще не долетів електрон, не встигають поляризуватися, і виникає випромінювання, спрямоване вздовж вузького конічного шару з вершиною, що збігається з електроном, що рухається, і кутом при вершині с. Виникнення світлового «конуса» та умова випромінювання можна отримати з загальних принципівпоширення хвиль.

Мал. 1. Механізм утворення хвильового фронту

Нехай електрон рухається по осі ОЕ (див. рис. 1) дуже вузького порожнього каналу в прозорій однорідній речовині з показником заломлення (порожній канал потрібен, щоб у теоретичному розгляді не враховувати зіткнень електрона з атомами). Будь-яка точка на лінії ОЕ, послідовно займана електроном, буде центром випромінювання світла. Хвилі, що виходять із послідовних точок О, D, Е, інтерферують один з одним і посилюються, якщо різниця фаз між ними дорівнює нулю (див. Інтерференція). Ця умова виконується для спрямування, що становить кут 0 з траєкторією руху електрона. Кут 0 визначається співвідношенням:.

Дійсно, розглянемо дві хвилі, випущені в напрямку під кутом 0 до швидкості електрона з двох точок траєкторії - точки і точки D, розділених відстанню . У точку В, що лежить на прямій BE, перпендикулярній ОВ, перша хвиля при-через час У точку F, що лежить на прямій BE, хвиля, випущена з точки, прийде в момент часу після випускання хвилі з точки О. Ці дві хвилі будуть у фазі, т. е. пряма буде хвильовим фронтом, якщо ці часи рівні:. Та як умова рівності часів дає. У всіх напрямках, для яких світло гаситиметься через інтерференцію хвиль, випущених з ділянок траєкторії, розділених відстанню Д. Величина Д визначається очевидним рівнянням, де Т - період світлових коливань. Це рівняння завжди має рішення, якщо.

Якщо , то напрями, у якому випромінювані хвилі, інтерферуючи, посилюються, немає, може бути більше 1.

Мал. 2. Розподіл звукових хвиль та формування ударної хвилі під час руху тіла

Випромінювання спостерігається тільки, якщо .

На досвіді електрони летять у кінцевому тілесному куті, з деяким розкидом по швидкостях, і в результаті випромінювання поширюється в конічному шарі біля основного напрямку, що визначається кутом.

У нашому розгляді ми знехтували уповільненням електрона. Це цілком припустимо, оскільки втрати на випромінювання Вавилова - Черенкова малі й у першому наближенні вважатимуться, що енергія, що втрачається електроном, не позначається на його швидкості і він рухається рівномірно. В цьому принципова відмінністьі незвичність випромінювання Вавилова – Черенкова. Зазвичай випромінюють заряди, відчуваючи значні прискорення.

Електрон, що обганяє своє світло, подібний до літака, що летить зі швидкістю, більшої швидкості звуку. У цьому випадку перед літаком теж поширюється ударна конічна звукова хвиля, (див. рис. 2).